ANALISIS SUDUT DATANG RADIASI MATAHARI DAN PENGEMBANGAN MODEL PINDAH PANAS PADA GREENHOUSE MENGGUNAKAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK
SKRIPSI Oleh: TITIN NURYAWATI F14102048
2006 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
ANALISIS SUDUT DATANG RADIASI MATAHARI DAN PENGEMBANGAN MODEL PINDAH PANAS PADA GREENHOUSE MENGGUNAKAN ARTIFICIAL NEURAL NETWORK
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh: TITIN NURYAWATI F 14102048
2006 DEPARTEMEN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR
INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Institut Pertanian Bogor
Oleh: TITIN NURYAWATI F 14102048
Dilahirkan di Boyolali Pada tanggal: 26 April 1984 Tanggal lulus:
Menyetujui, Bogor,
Oktober 2006
Dr. Ir. Herry Suhardiyanto, MSc. Dosen Pembimbing
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS. Ketua Departemen Teknik Pertanian
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah dan puji syukur, penulis panjatkan kepada ALLAH SWT karena hanya dengan lindungan, rahmat dan karuniaNya-lah penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Skr i ps ii nibe r j udul“ Analisis Sudut Datang Radiasi Matahari dan Pengembangan Model Pindah Panas pada Greenhouse Menggunakan Artificial Neural Network” . Skripsi ini berisi tentang analisis sudut datang radiasi matahari terhadap permukaan penutup greenhouse, pengembangan model pindah panas pada greenhouse, simulasi pendugaan temperatur dalam greenhouse dengan mempertimbangkan sudut datang radiasi matahari menggunakan program QBASIC dan pendugaan temperatur dalam greenhouse menggunakan Artificial Neural Network (ANN). Penulisan skripsi ini tidak akan selesai tanpa bantuan orang-orang yang berharga yang berada di sekitar penulis. Penulis megucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Bapak Dr. Ir. Herry Suhardiyanto, MSc. Selaku dosen pembimbing pertama penulis. Terima kasih atas bimbingan, arahan dan perhatiannya. 2. Bapak Chusnul Arif, STP. Selaku dosen pembimbing kedua penulis. 3. Bapak Dr. Ir. Suroso, M.Agr. dan Bapak Yudi Chadirin, STP, M.Agr. selaku dosen penguji skripsi penulis. 4. Bapak, Ibu, kakak-kakak dan semua keluarga di rumah yang telah memberikan kasih sayang, dukungan dan doanya kepada penulis. 5. Bagdo D. Nugroho dan keluarga di Jakarta yang telah memberikan dukungan, bantuan dan doanya kepada penulis. 6. Pak Dwi, Pak Makrus, Pak Taufik, Pak Ahmad, Pak Harto, Pak Mamat, dan Pak Koko atas bantuannya selama pelaksanaan penelitian. 7. Hani dan keluarga atas bantuan dan doanya selama penyelesaian skripsi ini.
8. Sofyan, Hanhan, Irfan, Muthia, Tina, Sumini, Upi, Nety, Fuad, Reza, Ima, Gilang, Wisma Palladium, AE 39 dan semua pihak yang telah membantu terselesaikannya skripsi ini. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan, namun penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi yang membutuhkan. Bogor, Agustus 2006 Penulis
ii
DAFTAR ISI
Halaman KATA PENGANTAR......................................................................................i DAFTAR ISI.....................................................................................................iii DAFTAR GAMBAR........................................................................................v DAFTAR TABEL ............................................................................................vii DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................viii DAFTAR SIMBOL ..........................................................................................ix I.
PENDAHULUAN.....................................................................................1 A. Latar Belakang ....................................................................................1 B. Tujuan.............. ...................................................................................2
II.
TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................................3 A. Greenhouse .........................................................................................3 B. Temperatur dalam Greenhouse ...........................................................3 C. Radiasi Matahari .................................................................................4 D. Pindah Panas dalam Greenhouse ........................................................5 E. Simulasi Greenhouse ..........................................................................6 F. Artificial Neural Network (ANN) .......................................................7
III. PENDEKATAN TEORITIS....................................................................12 A. Sudut Datang Radiasi Matahari...........................................................12 B. Model Pindah Panas pada Greenhouse ...............................................14 IV. METODOLOGI PENELITIAN..............................................................20 A. Waktu dan Tempat ..............................................................................20 B. Bahan dan Alat ....................................................................................20 C. Metode Penelitian................................................................................21 1.Analisis Sudut Datang Radiasi Matahari .........................................21 2.Penentuan Model Pindah Panas dalam Greenhouse ........................21 3. Pengambilan Data di Lapang ..........................................................21 4. Pembuatan Program ........................................................................22 5. Validasi Program.............................................................................22 6. Pengembangan Jaringan Artificial Neural Network (ANN) ...........23
iii
Halaman V.
HASIL DAN PEMBAHASAN.......... .....................................................28 A. Sudut Datang Radiasi Matahari pada Penutup Greenhouse ............28 B. Model Simulasi Pindah Panas pada Greenhouse ..............................30 C. Validasi Model Simulasi Pindah Panas ............................................36 D. Pengembangan Model Artificial Neural Network (ANN) ................37 E. Validasi Model Artificial Neural Network (ANN) ...........................38
VI. KESIMPULAN DAN SARAN................................................................40 A. Kesimpulan .........................................................................................40 B. Saran....................................................................................................40 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................42 LAMPIRAN......................................................................................................45
iv
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1.
Hubungan sudut zenith matahari (z), sudut jam matahari () dan altitude matahari (α) dengan permukaan dasar horizontal pada permukaan bumi............................................................................5
Gambar 2.
Struktur ANN Backpropagation. ..................................................8
Gambar 3.
Sudut datang radiasi matahari pada permukaan horizontal...........12
Gambar 4.
Sudut datang radiasi matahari pada kemiringan atap bangunan berorientasi timur-barat.................................................................14
Gambar 5.
Perpindahan panas yang terjadi pada greenhouse ........................15
Gambar 6.
Skema titik pengukuran pada greenhouse ....................................24
Gambar 7.
Diagram alir program Q-Basic untuk memprediksi temperatur dalam greenhouse ...................................................................................25
Gambar 8.
Model ANN yang digunakan untuk pendugaan temperatur dalam greenhouse. ...................................................................................26
Gambar 9.
Diagram alir ANN backpropagation untuk memprediksi temperatur dalam greenhouse .........................................................................27
Gambar 10. Perubahan radiasi matahari harian selama pengukuran .................29 Gambar 11. Radiasi total harian selama pengukuran.........................................29 Gambar 12. Kosinus sudut datang radiasi matahari pada penutup grenhouse yang berorientasi utara –selatan pada tanggal 21 Juni 2006 ........30 Gambar 13. Perbandingan antara temperatur hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 21 Juni 2006 dengan cuaca berawan ............34 Gambar 14. Perbandingan antara temperatur hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 22 Juni 2006 dengan cuaca berawan dan hujan..............................................................................................34 Gambar 15. Perbandingan antara temperatur hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 23 Juni 2006 dengan cuaca berawan dan hujan..............................................................................................35 Gambar 16. Perbandingan antara temperatur hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 24 Juni 2006 dengan cuaca cerah .................35
v
Gambar 17. Perbandingan antara temperatur hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 26 Juni 2006 dengan cuaca cerah .................36 Gambar 18. Perbandingan antara temperatur hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 30 Juni 2006 dengan cuaca cerah .................36 Gambar 19. Hubungan linear antara temperatur hasil simulasi dengan hasil pengukuran....................................................................................37 Gambar 20. Grafik hubungan temperatur udara dalam grenhouse antara hasil pengukuran dengan hasil pendugaan menggunakan ANN...39
vi
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Nilai konstanta yang digunakan dalam simulasi pendugaan temperatur udara dalam greenhouse ...................................................32 Tabel 2. Perbedaan temperatur dalam greenhouse antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 21 –23 Juni 2006 dengan cuaca berawan dan hujan....................................................................................................33 Tabel 3. Perbedaan temperatur dalam greenhouse antara hasil simulasi dengan hasil pengukuran tanggal 24 Juni, 26 juni dan 30 Juni 2006 dengan cuaca cerah ..........................................................................................33
vii
